JP5239757B2 - 車両挙動試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両挙動試験装置に係り、特にシャシーダイナモメータシステムにおいて、拘束装置と車両剛性の特性を考慮した過渡的な車両挙動試験装置に関するものである。

動力計計測システムの負荷側または駆動側で、動力計測対象の機械慣性成分を電気的に補償するために電気慣性制御方式が採られている。この電気慣性制御方式としては、特許文献１が公知となっている。この特許文献１には、設置された軸トルクメータにより車両の動力伝達軸に発生する軸トルクを検出する。動力計は、軸トルクの検出値と、機械慣性分を除いた走行抵抗分のトルク設定値と、動力計の機械慣性及び設定慣性から電気慣性トルク設定値を求め、この電気慣性トルク設定値と走行抵抗分のトルク設定値との和で吸収トルクを制御する。そして、電気慣性制御のための加速度検出を不要としたことにより、電気慣性制御の応答性を高め、かつ安定化した制御を可能とすることが記載されている。
特開２００４−３６１２５５

シャシーダイナモメータシステムは、図５で示すように動力計ＤｙとローラＲとを軸トルクメータＴＭを介して直結されており、軸トルクメータＴＭ、第１及び第２のエンコーダＥＣ１，ＥＣ２によって検出された軸トルク、動力計回転数及びローラ回転数を計測制御ユニットＭＵに導入してトルク電流指令を生成し、インバータＩＶを介して動力計を制御するよう構成されている。また、計測制御ユニットＭＵには電気慣性制御回路ＥＩが設けられている。
図６はシャシーダイナモメータシステム図であり、図７はシャシーダイナモメータシステムをモデル化したものである。すなわち、ローラＲ上に被試験車両Ｖｃを載置し、拘束装置Ｒｅを用いて固定側に拘束する。この拘束した状態で、走行抵抗制御などの運転を行って耐久試験や性能試験を実施している。

図７において、１はエンジンのトルク信号と駆動力信号等を元にタイヤ速度を算出する駆動系モデル、２はシャシーダイナモメータモデル部で、このモデル部２で推定された推定値Ｖrollerと車速Ｖcarの偏差分Ｖが減算部６において求められる。この差分Ｖは、さらに減算部７に出力されて駆動系モデル１からのタイヤ速度との差演算が実行され、その偏差分によるタイヤ速度はタイヤモデル３に入力される。タイヤモデル３では入力された信号に基づいて駆動力Ｆxを演算し、その駆動力信号Ｆxを駆動系モデル１とシャシーダイナモメータモデル部２に出力すると共に、減算部８を介して車両速度演算部４に出力され車速Ｖcarが演算される。５は拘束力演算部で、車両速度演算部４で求めた車速Ｖcarに応じた拘束力Ｆbindを算出して拘束装置Ｒｅの拘束力とすると共に、減算部８において駆動力Ｆxとの偏差が求められ、その差分が車両速度演算部４に入力される。
なお、拘束力算出部５４のパラメータＣcはダビング、Ｋcはバネ剛性、ｓはラプラス演算子である。

図７で示す走行モデルでは、ダイナモメータ分部をシミュレートしているのがシャシーダイナモメータモデル部２であり、図６で示すタイヤから上部の車体部分をシミュレートしているのがシャシーダイナモメータモデル部２を除いた他の各要素である。

上述のようにシャシーダイナモメータシステムでは、実際に路上を走行した走行データに基づいてシャシーダイナモメータ上で耐久試験や性能試験を実行するが、その際、実路上では図８（ａ）で示すようなモデルとなり、シャシーダイナモメータ上では（ｂ）図のすようなモデルとなる。○で囲んだ部分が両者の相違箇所であり、シャシーダイナモメータでは拘束装置の剛性が存在することにより、
拘束装置と車両剛性の特性を把握することが困難となっている。このため、過渡的な挙動試験を正確に実験することができず、例えば、車両が振動する挙動を再現させる試験を正確に実行できない問題を有している。
すなわち、図９（ａ）で示すようにアクセル開度を全開としたとき、（ｂ）図実線で示す実路と、点線で示すシャシーダイナモ上で駆動力の差異が生じる。

そこで本発明が目的とするとこは、拘束装置と車両剛性を正確に把握することのできる車両挙動試験装置を提供することにある。

本発明は、ローラに載置した被試験車両を拘束装置で拘束し、動力計回転信号、軸トルク信号、及びローラ回転信号を計測制御ユニットに入力してトルク電流指令を演算し、求めたトルク電流指令によりインバータを介して動力計の制御を行うシャシーダイナモメータシステムにおいて、
前記拘束装置と被試験車両剛性のパラメータであるダンピング及びバネ剛性と、前記被試験車両の慣性と、前記ローラの慣性、及び検出されたローラ回転信号による角速度信号を用い、３階微分演算を実行してトルク電流指令を算出する制御コントローラを、前記計測制御ユニットに設けたことを特徴としたものである。

また、本発明は、請求項２において、拘束装置と被試験車両剛性のパラメータは、被試験車両重量を設定し、複数回のアクセル操作時の駆動信号と拘束装置の拘束力信号をそれぞれ検出し、各検出信号をアクセル操作毎に分割して各回の各検出信号を抽出し、抽出データから駆動力信号と拘束力信号に基づいて各回毎の伝達関数を演算し、同定された特性パラメータであることを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、拘束装置と被試験車両剛性のパラメータと、車両とローラの各慣性、及び角速度信号を用い、３階微分演算を実行してトルク電流指令を算出する制御コントローラとしたことにより所望のトルク電流指令を生成することが可能となり、過渡的な車両の挙動試験が実施できる。

図１は、本発明の実施例を示す制御コントローラの構成図で、この制御コントローラは、図５で示す計測制御ユニットＭＵ内に設けられてエンコーダＥＣ２により検出されたローラ回転数である角速度信号が入力される。１０は１階微分手段で、拘束装置と車両剛性のダンピングＣc、拘束装置と車両剛性のバネ剛性Ｋcとラプラス演算子ｓによる１階微分演算を実行し、演算結果と入力された角速度信号はこの１階微分手段において乗算される。１１は１階微分パラメータ部で、車両慣性Ｍcarとローラ慣性Ｍrollerの差分と、１階微分手段１０の出力値とが乗算される。

１２は２階微分手段で、１次のローパスフィルターの時定数Ｔaを考慮した演算を実行する。この２階微分手段１２には１階微分手段１０の出力値が入力されて乗算が実行される。１３は２階微分パラメータ部で、ＭcarとＭrollerの偏差と、
ＣcとＫcの比の乗算値に２階微分手段１２の出力値が乗算される。１４は３階微分手段で、この３階微分手段１３の演算値と２階微分手段１２の出力値が乗算され、その演算値は３階微分パラメータ部１５に入力される。３階微分パラメータ部１５では、Ｍcarの二乗値とＫcの除算値に３階微分手段１４の出力値とが乗算される。各パラメータ部による演算結果は、加算部１６に入力されて加算され、動力計のトルク電流指令としてインバータの制御部に出力される。

車両挙動試験を実施するための本発明の制御コントローラは、拘束装置と車両剛性の特性を考慮し、検出された角速度信号のみを使用して構成したものであるが、以下に過渡的な車両の挙動試験が可能のなる理由について説明する。

被試験車両をシャシーダイナモメータ上で試験するとき、実路上での特性を目標として実行するが、その際、路上速度をＶcaronroadとし、駆動力をＦxとしたときの走行演算部の伝達関数Ｇcarは（１）式となる。

また、拘束装置により拘束されている車体特性は、シャシーダイナモメータ上で拘束されている車体の検出速度をＶcarondynamoとしたとき（２）式となる。

ただし、Ｇbindは拘束力演算部の伝達関数
ここで、ダイナモメータが発生するトルクＦdynamoを
Ｆdynamo＝Ｇdynamocontroller×Ｖdynamoとすると、（３）式となり、シャシーダイナモメータの特性Ｖdynamoは（４）式となる。

ここで、Ｇdynamocontrollerは、図１で示す制御コントローラの伝達関数、Ｇdynamoはシャシーダイナモメータの伝達関数
等価的な車両速度の特性は、（５）式で示す拘束された車体特性とシャシーダイナモメータ特性の和となる。

被試験車両を、目標とする実路上での特性と一致させるためには、（６）式から（７）式となる。

制御コントローラの伝達関数であるＧdynamocontrollerを計算すると（８）式となる。

ここで、Ｇcar＝１／Ｍcar・s、Ｇdynamo＝１／Ｍroller・s、Ｇbind＝Ｃc・s+Ｋc／ｓとしてＧdynamocontrollerは（９）式となる。

Ｍrollerを等価的なダイナモ慣性（ダイナモ慣性＋ローラ慣性）とし、ローパスフィルター１／Ｔa・ｓ＋１を付加すると、Ｇdynamocontrollerは（１０）式となる。

すなわち、図１で示す制御コントローラを（１０）式のような伝達関数を有する構成とすることにより、実路上とシャシーダイナモメータ上での一致した特性を得ることができる。
図２は、本発明によるシミュレーション結果を示したもので、図２（ｂ）で示すように実路上とシャシーダイナモメータ上で一致していることが分かる。
なお、（１０）式に用いられる拘束装置と車両剛性の特性パラメータＣcとＫcは予め設定されたものでもよく、その都度同定して求めても良い。同定方法を次に説明する。

図３は同定するための運転手順を示したもので、この運転手順は、シャシーダイナモメータ上での試験に先立って演算装置（パソコン）にて拘束装置と車両剛性の特性パラメータを把握するものである。ステップＳ１で供試体である被試験車両に変更があった場合にはステップＳ３に進み、変更がない場合にはステップＳ２に進む。Ｓ２では被試験車両に変更がなくても、車両に搭載される積荷が満載か空かなどのように重量変更がある場合にはステップＳ３進み、車両重量Ｍcarが設定される。ステップＳ４では、設定された車両重量時におけるスロットル、若しくはアクセル開度全開（ＷＯＴ）時のデータを複数回（ここでは３〜５回）収集し、ステップＳ５で拘束装置と車両剛性の特性パラメータＣc、Ｋcを把握する。

図４は、パラメータ導出手段による拘束装置と車両剛性の特性パラメータ導出のためのフローチャートである。先ずＳ１０で、図３の手順によって求められた特性パラメータを含む各種収録データの読み込みが実行される。Ｓ１１では、Ｓ４で行った複数回のアクセル全開時毎の組みに分けられ、各回毎のアクセル全開時の駆動力信号、拘束力信号、アクセル開度信号、その時の軸トルク信号、回転数信号など評価に必要なデータの抽出をＳ１２で行う。この評価データは、Ｓ１３でローパスフィルター処理が実行された後、Ｓ１４で（１１）式を用いて伝達関数［Ｇ］の演算が行われる。
［Ｇ］＝（Ｃc・s＋Ｋc）／（Ｍcar・s²＋Ｃc・s＋Ｋc）…… （１１）
求められた伝達関数［Ｇ］は、駆動力信号から拘束力信号の伝達関数であり、Ｓ１３でローパスフィルター処理を実行後に伝達関数［Ｇ］を用いてＳ１５で、例えば最小二乗法により同定し、Ｓ１６では同定パラメータを微調整し、この微調整した特性パラメータＣc、Ｋcを用いて伝達関数［Ｇfit］を求める（Ｓ１７）。Ｓ１８では、先に抽出した拘束力［Ｆout］と今回算出した伝達関数［Ｇfit］による拘束力［Ｆfit-out］との差分を誤差評価値としてシミュレーションを実行する。この過程をＳ１１で分割した数だけ繰返して誤差評価値を求め、確からしい評価となったときに駆動力から拘束力までの伝達関数の各パラメータが出力される。

したがって、拘束装置と車両剛性の特性を同定するために、車両重量Ｍcarを設定（ステップＳ３）し、車両側よりアクセル開度を操作（ステップＳ４）することにより、その時の駆動力検出と拘束力検出を使用して伝達関数［Ｇ］のパラメータＣc、Ｋcの算出が可能となる。これにより、拘束装置と車両剛性の特性を伝達関数［Ｇ］に近似させることが可能となり、拘束装置と車両剛性の特性を把握することができる。

本発明の実施形態を示す制御コントローラの構成図。 本発明によるアクセルー駆動力波形図で、（ａ）はアクセル開度、（ｂ）は駆動力。 道程のための運転手順図。 パラメータ導出のフローチャート。 動力計システムの構成図。 シャシーダイナモメータシステム図。 シャシーダイナモメータシステムの走行モデル図。 振動伝達モデル図。 従来のアクセルー駆動力波形図で、（ａ）はアクセル開度、（ｂ）は駆動力。

符号の説明

１０… １階微分手段
１１… １階微分パラメータ部
１２… ２階微分手段
１３… ２階微分パラメータ部
１４… ３階微分手段
１５… ２階微分パラメータ部
１６… 加算部

Claims (2)

1. ローラに載置した被試験車両を拘束装置で拘束し、動力計回転信号、軸トルク信号、及びローラ回転信号を計測制御ユニットに入力してトルク電流指令を演算し、求めたトルク電流指令によりインバータを介して動力計の制御を行うシャシーダイナモメータシステムにおいて、
   前記拘束装置と被試験車両剛性のパラメータであるダンピング及びバネ剛性と、前記被試験車両の慣性と、前記ローラの慣性、及び検出されたローラ回転信号による角速度信号を用い、３階微分演算を実行してトルク電流指令を算出する制御コントローラを、前記計測制御ユニットに設けたことを特徴とする車両挙動試験装置。
2. 前記拘束装置と被試験車両剛性のパラメータは、被試験車両重量を設定し、複数回のアクセル操作時の駆動信号と拘束装置の拘束力信号をそれぞれ検出し、各検出信号をアクセル操作毎に分割して各回の各検出信号を抽出し、抽出データから駆動力信号と拘束力信号に基づいて各回毎の伝達関数を演算し、同定された特性パラメータであることを特徴とする請求項１記載の車両挙動試験装置。
   
   
   

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